帕金森病因及PARK 基因的研究進展

呂夢圓，劉爽

（1. 濰坊醫(yī)學院臨床醫(yī)學院，山東 濰坊 261053；2. 濟南市中心醫(yī)院，山東 濟南 250000)

0 引言

帕金森病(PD)是第二常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,1817年由James Parkinson 首先提出[1]。病理改變主要是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性壞死以及嗜酸性包涵體-Lewy 小體的形成。主要表現(xiàn)為靜止性震顫、行動遲緩、肌強直和姿勢平衡障礙，以及睡眠障礙、自主神經(jīng)功能紊亂、精神障礙等非運動癥狀。200 多年來關(guān)于PD 的研究層出不窮，其病因和發(fā)病機制復雜多樣，發(fā)病可能與年齡老化、環(huán)境因素以及遺傳、線粒體功能缺陷、氧化應激、蛋白質(zhì)構(gòu)象改變等有關(guān)。目前PD 的治療主要為多巴胺的替代療法，對改善帕金森癥狀有一定的作用，但并不能終止疾病的進展，遠期療效不理想，且后期常有運動并發(fā)癥尤其是異動癥。據(jù)估測全球PD 患者將于2040年前增加1 倍，總體患病人數(shù)將超過1400 萬例[2]，而我國PD 患者幾乎占到全球帕金森病人數(shù)的1/2，這表明PD 將會給社會帶來巨大的經(jīng)濟壓力。隨著分子生物學的發(fā)展，遺傳因素對于攻克帕金森病的重要性不言而喻。接下來我將針對PARK 基因家族進行一個綜述。

1 帕金森的病因

1.1 年齡老化

帕金森病多見于中老年人，少見于40 歲以前發(fā)病者，其患病率約占總?cè)丝诘?.3%，并且隨著年齡的增長，患病率也明顯上升，在50 歲到80 歲之間患病率可升高10 倍[3]。流行病學調(diào)查顯示歐美國家60 歲以上的患病率達到1%，大于80 歲可達4%[4]。對北京、上海、西安的居民的一個PD 橫斷面流行病學研究，估測我國65 歲及以上人群的患病率為女性1.6%，男性1.7%，與歐美國家差異不大[5]。帕金森病與年齡老化有關(guān)， 估計多巴胺水平每10年下降10%-13%[6]，研究發(fā)現(xiàn)30 歲以后DA 能神經(jīng)元和多巴胺遞質(zhì)逐年減少，酪氨酸羥化酶（TH）和多巴脫羧酶（DDC）活力也越來越低，多巴胺受體的密度也逐漸降低[7]。但正常人并不會出現(xiàn)帕金森癥狀，只有當DA 能神經(jīng)元減少達50%，多巴胺遞質(zhì)減少達80%才會出現(xiàn)這些癥狀，說明年齡老化并不是PD 的直接致病因素。

1.2 環(huán)境或生活習慣因素

20 世紀80年代初發(fā)現(xiàn)神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6- 四氫吡啶(MPTP) 可誘發(fā)帕金森癥狀，可以透過血腦屏障進入神經(jīng)膠質(zhì)細胞，被分離到突觸囊泡里或者在線粒體內(nèi)堆積，抑制線粒體復合物Ⅰ功能并耗盡儲存的神經(jīng)元ATP，引起多巴胺能神經(jīng)元的死亡，出現(xiàn)帕金森樣病理改變。帕金森的發(fā)病與農(nóng)村生活、農(nóng)業(yè)、井水消耗以及除草劑、殺蟲劑的使用等危險因素也有關(guān)。

1.3 遺傳

20 世紀90年代后期人們在意大利、希臘和德國的個別家族性PD 患者中發(fā)現(xiàn)a 突觸核蛋白基因的突變，編碼的蛋白構(gòu)成Lewy小體的主要成分[8]，呈常染色體顯性遺傳。目前，全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）已經(jīng)明確了90個相關(guān)的獨立風險變異[9]，已發(fā)現(xiàn)20 多種帕金森病相關(guān)基因。

2 發(fā)病機制

2.1 氧化應激

氧化應激是由體內(nèi)氧化與抗氧化失衡所導致的，處于氧化應激狀態(tài)神經(jīng)細胞產(chǎn)生過多的活性氧自由基（ROS）,ROS 可以使細胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化，對DNA 及蛋白質(zhì)產(chǎn)生氧化損傷，最終導致多DA 能神經(jīng)元的死亡，是DA 神經(jīng)元退行性病變的重要驅(qū)動因素。而幸存的多巴胺能神經(jīng)元，代償合成更多的多巴胺，并進一步提高其代謝和更新的速率，產(chǎn)生更多的氧自由基，形成惡性循環(huán)。

2.2 線粒體功能障礙

線粒體是細胞進行氧化和能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵場所，生成ROS，并參與氧化應激，調(diào)控細胞凋亡程序。一般來說，線粒體內(nèi)的超氧化物歧化酶以及谷胱甘肽可以清除氧自由基，避免對神經(jīng)元細胞的損傷，減少神經(jīng)元變性壞死。腦神經(jīng)元細胞耗氧量大且對低氧的耐受性低，線粒體呼吸鏈復合體I 功能缺陷、突變的線粒體DNA 異常聚積等是誘發(fā)PD患者體內(nèi)大量活性氧產(chǎn)生的主要原因之一。研究發(fā)現(xiàn)，DJ-1、Parkin、PINK1、α-Syn 基因等與衰老有關(guān)的致病突變與線粒體功能障礙密切相關(guān)[10]。

2.3 炎癥/免疫反應

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)炎癥主要由小膠質(zhì)細胞介導，小膠質(zhì)細胞屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫細胞，相當于外周巨噬細胞的免疫炎癥反應。McGeer 等[11]在已故PD 患者的大腦黑質(zhì)中發(fā)現(xiàn)激活的小膠質(zhì)細胞和浸潤的淋巴細胞更加支持這一說法。隨后的研究也證實，神經(jīng)炎癥與PD 發(fā)病有關(guān)，PD 患者的血液、腦脊液中促炎及抗炎細胞因子的水平均較正常增高[12]。

2.4 興奮性毒性

目前認為帕金森發(fā)病與紋狀體內(nèi)多巴胺和乙酰膽堿的平衡失調(diào)有關(guān)，興奮性遞質(zhì)谷氨酸（Glu）和抑制性遞質(zhì)γ-氨基丁酸GABA 關(guān)系失衡導致黑質(zhì)致密部神經(jīng)興奮性毒性升高，多巴胺能神經(jīng)元變性壞死。

2.5 鈣穩(wěn)態(tài)失衡

細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)在生物體內(nèi)十分重要，在神經(jīng)元細胞中同樣發(fā)揮重要作用。神經(jīng)元對鈣離子水平變化極其敏感，黑質(zhì)致密部的多巴胺能神經(jīng)元的Ca2+通過細胞膜上的鈣離子通道和相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白進入細胞內(nèi)，在線粒體內(nèi)快速堆積導致鈣超載，破壞細胞的穩(wěn)態(tài)，造成線粒體損傷。

2.6 蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集

目前發(fā)現(xiàn)，帕金森相關(guān)致病基因突變導致了蛋白質(zhì)的錯誤折疊,蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變。PD 患者大腦黑質(zhì)神經(jīng)元的細胞質(zhì)中觀察到路易小體，錯誤折疊的α-syn 是路易小體的主要成分。

3 帕金森相關(guān)基因（PARK 基因）

3.1 PARK1/4 (SNCA)

SNCA 編碼一種由140 個氨基酸組成的突觸核蛋白，是一種天然未折疊的可溶性蛋白[13]，是lewy 小體的主要成分。SNCA 是最早發(fā)現(xiàn)的與PD 發(fā)病密切相關(guān)的常染色體顯性遺傳基因，位于4q21～q23，編碼α- 突觸核蛋白，有Ala53Thr, Ala30Pro 等5 種致病突變類型[14]。SNCA 基因具有多態(tài)性，是等位基因的變異，雖并不一定影響基因的功能，但可借以作為區(qū)別個體的標志。SNCA基因突變分引起蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的改變，失去原有的α 螺旋結(jié)構(gòu)，成為β 片層結(jié)構(gòu)，導致α-突觸核蛋白無法正常降解，最終形成路易小體，并導致神經(jīng)元變性[15]。了解SNCA 基因突變的具體情況，對探索治療帕金森的治療新途徑至關(guān)重要。SNCA突變相關(guān)的PD 發(fā)病年齡早，進展快，癡呆發(fā)病率高,臨床表現(xiàn)除了靜止性震顫、行動遲緩、肌強直等典型運動癥狀外，常合并有錐體系損害、共濟失調(diào)以及其他神經(jīng)癥狀等非典型PD 癥狀。

3.2 PARK2（PARKIN）

PARKIN 基因最先在日本的一個青少年型PD家系中發(fā)現(xiàn)[16]，是常染色體隱性遺傳性PD 的致病基因，定位于染色體6q25，編碼PARKIN 蛋白，該蛋白具有E3 泛素-蛋白連接酶活性，有助于蛋白酶體降解異常蛋白而避免推積，在維持多巴胺能神經(jīng)元的正常功能中發(fā)揮重要作用。PARKIN 基因有Dex3-7del、ex4del 等致病突變，Parkin 蛋白功能障礙，泛素化過程無法完成，細胞內(nèi)蛋白異常聚集，DA 能神經(jīng)元細胞死亡。PARKIN 基因突變所致PD 患者發(fā)病年齡早，多小于40 歲，首發(fā)癥狀多為步態(tài)異常，癥狀有晝夜波動，病情進展慢，病程長，對左旋多巴敏感，易出現(xiàn)左旋多巴誘導的運動并發(fā)癥，一般應延遲左旋多巴的使用。

3.3 PARK3

PARK3 基因目前研究較少。1998年，Gasser等在歐洲7 個AD-PD 家系的研究中發(fā)現(xiàn)了一個PD 易感基因PARK3，并將相關(guān)的致病基因定位于2p13 上。目前發(fā)現(xiàn)的可能與PD 發(fā)病相關(guān)病定位于2p13 的基因有編碼氨基酸轉(zhuǎn)運體(ASCT1)和轉(zhuǎn)化生長因子α(TGF-α)的基因。TGF-α 不足可能增加多巴胺能神經(jīng)元對氧化應激等有害刺激的風險引起帕金森病。

3.4 PARK5(UCHL1）

泛素C-末端水解酶L1（UCH-L1）是腦內(nèi)含量豐富的蛋白，路易小體中也存在，定位于染色體4P16[17]。UCH-L1 基因突變?yōu)槌Ｈ旧w顯性遺傳，較為少見，最早在一個德國家庭中一對具有典型PD 特征的的子女身上得到確證。目前，與帕金森病相關(guān)的UCHL1 錯義突變有E7A、S18Y、I93M、R178Q 和A216D。突變的UCH-L1 活性降低，泛素回收減少, 使過多的α-突觸核蛋白不能泛素化降解解而聚集形成lewy 小體，最終導致PD。該突變較少見。

3.5 PARK6（PINK1）

PINK1 基因為常染色體隱性遺傳，位于1p36，編碼PINK1 蛋白[18]。PINK1 蛋白為線粒體蛋白激酶，參與多種線粒體功能，可能調(diào)節(jié)線粒體對氧化應激的反應，保護多DA 能神經(jīng)元。PINK1 有GLY309Asp、Trp437Ter 等致病突變類型，PINK1基因突變可引起線粒體呼吸鏈功能障礙和氧化應激，導致多巴胺能神經(jīng)元變性。PINK1 基因突變所致PD 發(fā)病年齡早，病程長，病情進展緩慢，典型的運動癥狀較輕，小劑量多巴胺反應良好，但易出現(xiàn)多巴胺誘導的運動并發(fā)癥。

3.6 PARK7(DJ-1)

DJ-1 編碼由189 個氨基酸組成的DJ-1 蛋白[19]，是一種非典型的過氧化物酶，保護線粒體抗氧化應激，調(diào)控細胞凋亡，保護多巴胺能神經(jīng)元。目前DJ-1 已被發(fā)現(xiàn)14-kbdel、Leu166pro 等10 多種突變，突變可致抗氧化應激作用下降，ROS 增加，引起線粒體功能障礙，最終患PD。該突變所致PD發(fā)病年齡早，癥狀進展緩慢，臨床表現(xiàn)多不對稱，精神障礙癥狀突出。

3.7 PARK8（LRRK2）

LRRK2 基因呈常染色體顯性遺傳，多引起晚發(fā)型帕金森病。LRRK2 基因定位于12p12，編碼LRRK2/dardarin 蛋白，是ROCO 蛋白家族的一員[19]，在邊緣系統(tǒng)中高度表達，參與情緒調(diào)控和認知功能。LRRK2 基因突變可引起LRRK2 蛋白的激酶活性上升，在其自身磷酸化或底物磷酸化后從而發(fā)揮神經(jīng)元毒性作用，損傷多巴胺神經(jīng)元。LRRK2 基因突變所致PD 發(fā)病年齡較晚,進展較緩慢，有不對稱發(fā)作的典型帕金森運動癥狀，多巴制劑療效良好。

3.8 PARK9（ATP13A2）

ATP13A2 基因為常染色體隱性遺傳，最早在約旦的一個PD 家系中發(fā)現(xiàn)，基因定位于1p36，編碼溶酶體蛋白-ATP13A2 蛋白[20]，該蛋白中有ATP結(jié)構(gòu)域，主要存在于黑質(zhì)中，在線粒體生物能量學和自噬溶酶體途徑中發(fā)揮作用，參與清除SNCA 聚集的溶酶體降解途徑。ATP13A2 基因突變導致溶酶體功能以及線粒體功能障礙，導致a-突觸核蛋白異常聚集，氧自由基推積，引起多巴胺神經(jīng)元的死亡，誘導PD 的發(fā)病。ATP13A2 基因突變相關(guān)帕金森病多為青少年發(fā)病，進展快，對左旋多巴敏感。多以認知功能障礙為首要表現(xiàn)，逐漸出現(xiàn)進行性核上性麻痹、錐體征和肌張力障礙，較少表現(xiàn)為靜止性震顫。

3.9 PARK10

PARK 少見，目前相關(guān)研究較少。Hicks 等[21]調(diào)查50年來冰島人群為基礎(chǔ)的全面的譜系數(shù)據(jù)庫，用基因組掃描的方法篩選得到的遲發(fā)性PD 有關(guān)基因,并命名為PARK10，常染色體顯性遺傳，定位于1p32，泛素特異性蛋白酶 24(USP24) 基因位于 PARK10 的易感位點，可以將多聚泛素從靶蛋白上移走，防止靶蛋白被蛋白酶降解。

3.10 PARK11（GIGYF2）

GIGYF2 基因定位于2q36-37，常染色體顯性遺傳，可能為遲發(fā)家族性PD 的致病基因，目前對于GIGYF2 的研究較少，具體功能尚不明確對于是否為帕金森病的致病基因仍有爭議。

3.11 PARK12

目前研究較少，染色體定位于Xq21-q25，其遺傳類型為伴性遺傳(XL)。

3.12 PARK13(HTRA2)

HTRA2 基因定位于染色體2P13，編碼一種線粒體蛋白，具有線粒體絲氨酸蛋白酶活性[22]，受到各種因素刺激時，HTRA2 釋放到線粒體基質(zhì)中，作用于凋亡和自噬信號通路，調(diào)節(jié)細胞凋亡，主要與遲發(fā)性PD 有關(guān)。HTRA2 基因缺失可能誘導ROS的產(chǎn)生，引起線粒體的功能障礙，最終導致PD。

3.13 PARK14（PLA2G6）

PLA2G6 基因定位于22q13.1，常染色體隱性遺傳，編碼PLA2G6 蛋白，是一種鈣依賴型磷脂酶A2[23]，參與維持線粒體功能，維持細胞膜的穩(wěn)態(tài)，避免神經(jīng)元損害，可能與遲發(fā)性PD 有關(guān)。PLA2G6基因突變可能減少對線粒體的保護功能，不能抵抗氧化應激的損傷，α 突觸核蛋白的異常聚集，導致神經(jīng)元變性，引起帕金森病。主要特征是年輕起病，早期即有小腦體征和遲發(fā)性帕金森綜合征。

3.14 PARK15（FBXO7）

FBXO7 基因為常染色體隱性遺傳，定位于22q12.3，編碼FBXO7 家族蛋白，參與泛素-蛋白酶體蛋白降解過程，保護線粒體功能[24]。FBXO7基因突變導致泛素蛋白酶體在線粒體中異常堆積，引起線粒體的損傷，導致多巴胺神經(jīng)元的死亡。主要特征是青少年起病，常伴有錐體束癥狀，呈進行性發(fā)展。

3.15 PARK16

PARK 基因，研究較少，染色體定位于1q32，遺傳方式暫不明確，日本人、歐洲人均有發(fā)現(xiàn)。

3.16 PARK17(GAK/VPS35)

VPS35 基因常染色體顯性遺傳，定位于16q11.2，編碼一個細胞周期調(diào)節(jié)蛋白，參與線粒體來源小泡的形成，以降解線粒體蛋白。VPS35 突變?nèi)绾我餚D 尚不明確，可能與引起線粒體功能障礙有關(guān)，導致多巴胺能神經(jīng)元凋亡[25]。該突變所致帕金森病除發(fā)病年齡較早外，其他癥狀與原發(fā)性帕金森病無異。

3.17 PARK18（EIF4G1）

EIF4G1 基因定位于3q27.1，呈常染色體顯性遺傳，是多亞基翻譯起始復合物的核心支架，有助于調(diào)控編碼線粒體的mRNA 翻譯起始過程，有利于抵抗各種應激，EIF4G1 基因突變于2011年在一個全基因組連鎖分析中首次被發(fā)現(xiàn)參與帕金森病晚發(fā)型和Lewy 小體的病理[26]，但目前與帕金森發(fā)病的關(guān)系仍不明確，EIF4G1 突變影響mRNA 翻譯起始，損傷線粒體，易受各種應激的侵襲，導致多巴胺能神經(jīng)元的凋亡，可能引起帕金森病。

3.18 PARK19（DNAJC6）

DNAJC16 基因定位于1p31.3，編碼HSP40 auxilin，一種在神經(jīng)元中選擇性表達的蛋白，在非神經(jīng)元細胞中協(xié)同伴侶蛋白hsc70 介導的脫膜活性，參與網(wǎng)格蛋白的脫膜過程，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)折疊和構(gòu)象變化以維持神經(jīng)元的完整性，為常染色體隱性遺傳，與早發(fā)型帕金森病相關(guān)。2012年Simon Edvardson 等[27]報道通過對純合子定位和全外顯子組測序，在青少年P(guān)D 患者中發(fā)現(xiàn)DNAJC6 的有害突變，網(wǎng)格蛋白異常堆積，導致突觸小泡循環(huán)受損和網(wǎng)格蛋白介導的內(nèi)吞作用紊亂，可能導致中樞神經(jīng)退行性變。該突變型帕金森病發(fā)病時的癥狀多種多樣，對左旋多巴的良好反應。

3.19 PARK20 (SYNJ1)

SYNJ1 基因定位于21q22.11，常染色體隱性遺傳，編碼synaptojanin 1 蛋白，一種磷脂肌苷磷酸酶蛋白，在胞吞過程中脫膜網(wǎng)格蛋白包被的突觸囊泡過程中，SYNJ1 基因是DNAJC6 的功能伙伴。Marialuisa Quadri 等于2013年通過純合子定位和外顯子組測序，在意大利一個患有帕金森病、肌張力障礙和認知功能減退的血親家庭中發(fā)現(xiàn)SYNJ1突變[28]，該突變改變了內(nèi)溶酶體通路，導致突觸囊泡循環(huán)缺陷，最終引起神經(jīng)元變性，引起早發(fā)型PD。該疾病具有非典型特征，包括癲癇、肌張力障礙、和癡呆，功能缺失。

3.20 PARK21（DNAJC13）

DNAJC13 定位于3q22，常染色體顯性遺傳，含有一種帶有adnaj 結(jié)構(gòu)域的蛋白，調(diào)控早期核內(nèi)體上網(wǎng)格蛋白外殼的動力學。發(fā)現(xiàn)于一個具有荷蘭-德國-俄羅斯血統(tǒng)的門諾派家族，其中13 名家族成員被診斷為PD[29]，通過協(xié)調(diào)逆轉(zhuǎn)錄酶和核內(nèi)體網(wǎng)格蛋白涂層來發(fā)揮作用的，其突變易引起家族性、遲發(fā)性路易體帕金森病。

3.21 PARK22（CHCHD2）

CHCHD2 基因，定位于7p11.2，呈常染色體顯性遺傳，編碼一種結(jié)合和激活線粒體呼吸鏈蛋白的轉(zhuǎn)錄因子，是線粒體介導凋亡的負調(diào)節(jié)因子，CHCHD2 基因突變可引起線粒體功能障礙，致使氧化應激過度、多巴胺能神經(jīng)元變性，最終導致帕金森病。CHCHD2 突變既與晚發(fā)性常染色體顯性遺傳性帕金森病有關(guān)，又與散發(fā)型帕金森病有關(guān)。

3.22 PARK23(VPS13C)

VPS13C 基因定位于15q22.2，2016年通過全外顯子組測序首次發(fā)現(xiàn)VPS13C 突變導致早發(fā)型常染色體隱性帕金森病，VPS13C 編碼液泡蛋白分類蛋白，參與線粒體活動和囊泡運輸，在線粒體維持中發(fā)揮作用。VPS13C 功能的喪失也上調(diào)了PINK1/Parkin 依賴性的線粒體自噬，增加了線粒體對壓力的脆弱性，導致細胞系中線粒體碎裂，引起多巴胺能神經(jīng)元凋亡，最終導致帕金森病，其特征是早期認知能力下降和疾病快速進展。

4 基因治療

目前基因治療如：（1）通過調(diào)控SNCA 基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程, 可有效降低α-syn 的表達水平, 減少α-syn 的積累和聚集體的形成。（2）酪氨酸（TH）、芳香族氨基酸脫羧酶（AADC）、GTP-環(huán)化水解酶1（GCH1）參與催化酪氨酸生成多巴胺，酶替代基因治療是通過在紋狀體表達多巴胺合成的關(guān)鍵酶來提高多巴胺含量，從而改善臨床癥狀，并減少口服藥物劑量。（3）腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)及神經(jīng)營養(yǎng)因子（NTN）對多巴胺神經(jīng)元有營養(yǎng)保護作用，目前通過神經(jīng)營養(yǎng)因子基因治療帕金森可能有一定的效果。